激光换能系统和激光换能发声方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光换能系统和激光换能发声方法，该系统包括：激光子系统，用于通过脉冲激光器生成并输出脉冲激光信号；光路子系统，用于将脉冲激光信号聚焦在谐振腔内的底部表面；声源子系统，用于在谐振腔内的底部表面将脉冲激光信号转换为脉冲声波信号；激光子系统，还用于调节脉冲激光器的重复频率至合适频率，以在谐振腔内的底部表面将脉冲声波信号转换为连续声波信号；声源子系统，还用于在谐振腔的尺寸被调节至合适尺寸的情况下，输出连续且正负压相等的正弦声波信号。根据该系统，可以解决无法产生连续的且正负压相等的正弦波的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
激光换能系统和激光换能发声方法


[0001]本专利技术涉及激光换能
，具体涉及一种激光换能系统和激光换能发声方法。

技术介绍

[0002]激光换能器(Laser Transducer)是能够将光能转换为声能的装置。激光换能器是依靠光声效应产生声波。由于激光声学技术发展很快，激光换能器凭借其非接触性、抗干扰强和易于小型化、阵列化的优势而受到广泛关注。
[0003]现有激光换能器产生的是脉冲声波，并且是由激波衰减而来正压与负压不相等的声波，而无法产生连续的且正负压相等的正弦波。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供一种激光换能系统和激光换能发声方法，以解决现有技术中无法产生连续的且正负压相等的正弦波的问题。
[0005]本专利技术第一方面提供一种激光换能系统，包括：依次连接的激光子系统、光路子系统和声源子系统，激光子系统包括脉冲激光器，声源子系统具有尺寸可调的谐振腔结构；其中，激光子系统，用于通过脉冲激光器生成并输出脉冲激光信号；光路子系统，用于将脉冲激光信号聚焦在谐振腔内的底部表面；声源子系统，用于在谐振腔内的底部表面将脉冲激光信号转换为脉冲声波信号；激光子系统，还用于调节脉冲激光器的重复频率至合适频率，以在谐振腔内的底部表面将脉冲声波信号转换为连续声波信号；声源子系统，还用于在谐振腔的尺寸被调节至合适尺寸的情况下，输出连续且正负压相等的正弦声波信号。
[0006]在一些可选实施例中，脉冲激光信号在谐振腔内的底部表面形成底部焦点，激光子系统还包括：功率调节装置，用于根据来自预定控制设备的功率调节信号，调节脉冲激光器的功率，以调节脉冲激光器输出的单脉冲激光的能量；声源子系统，还用于在单脉冲激光的能量使得底部焦点处的光能量密度达到预定能量密度阈值的情况下，在底部焦点处形成等离子体，以通过等离子体的膨胀塌缩，在底部焦点处产生脉冲声波信号。
[0007]在一些可选实施例中，激光子系统还包括：信号发生器，用于生成并输出正弦波信号；脉冲激光器，用于根据接收到的正弦波信号产生脉冲激光信号；频率调节装置，用于根据预定控制设备的频率调节信号，通过调节信号发生器输出正弦波信号的频率，来调节脉冲激光器的重复频率至合适频率，使得等离子体基于合适频率在膨胀塌缩过程中产生谐振，进而在底部焦点处形成连续的声波信号。
[0008]在一些可选实施例中，光路子系统包括依次连接的扩束组件和聚焦组件，谐振腔的一端为与聚焦组件连通的开口端，另一端为封闭端；其中，扩束组件，用于对脉冲激光器输出的脉冲激光信号进行扩束；聚焦组件，用于将扩束后的脉冲激光信号，经谐振腔的开口端传输至谐振腔内，并聚焦在谐振腔内封闭端的底部表面。
[0009]在一些可选实施例中，声源子系统还包括：位置调节装置，用于根据来自预定控制
设备的位置调节信号，调整谐振腔的位置，以将脉冲激光信号的聚焦位置调整至谐振腔内的底部表面中心位置。
[0010]在一些可选实施例中，谐振腔包括依次连接的至少两个套筒且相邻套筒之间为嵌套连接；其中，至少两个套筒包括第一套筒和第二套筒；第一套筒的第一端是与聚焦组件连通的开口端，第一套筒的第二端是与下一套筒嵌套连接的开口端；第二套筒的第一端是与前一套筒嵌套连接的开口端，第二套筒的第二端是封闭端，以作为谐振腔的封闭端。
[0011]在一些可选实施例中，谐振腔的尺寸调节方式包括手动调节和自动调节中的至少一种；在尺寸调节方式包括自动调节的情况下，声源子系统还包括：尺寸调节装置，用于根据来自预定控制设备的尺寸调节信号，调节谐振腔的尺寸为合适尺寸。
[0012]本专利技术第二方面提供一种激光换能发声方法，该方法包括：将脉冲激光器输出的脉冲激光信号聚焦在谐振腔内的底部表面；在谐振腔内的底部表面将脉冲激光信号转换为脉冲声波信号；调节脉冲激光器的重复频率至合适频率，以在谐振腔内的底部表面将脉冲声波信号转换为连续声波信号；在谐振腔的尺寸被调节至合适尺寸的情况下，输出连续且正负压相等的正弦声波信号。
[0013]在一些可选实施例中，脉冲激光信号是脉冲激光器根据信号发生器生成的正弦波信号而产生的激光信号；在谐振腔内的底部表面将脉冲激光信号转换为脉冲声波信号，包括：响应于预定控制设备的功率调节信号，调节脉冲激光器的功率，以调节脉冲激光器输出的单脉冲激光的能量；在单脉冲激光的能量使得底部焦点处的光能量密度达到预定能量密度阈值的情况下，在底部焦点处形成等离子体，以通过等离子体的膨胀塌缩，在底部焦点处产生脉冲声波信号。
[0014]在一些可选实施例中，调节脉冲激光器的重复频率至合适频率，以在谐振腔内的底部表面将脉冲声波信号转换为连续声波信号，包括：响应于预定控制设备的频率调节信号，调节信号发生器输出正弦波信号的频率，以将脉冲激光器的重复频率调节为合适频率，使得等离子体基于合适频率在膨胀塌缩过程中产生谐振，进而在底部焦点处形成连续的声波信号。
[0015]根据本专利技术实施例的激光换能系统和激光换能发声方法，通过调节脉冲激光器的重复频率在合适数值，使得脉冲激光信号焦点处实现等离子谐振，从而在固体介质中产生连续声波；后续通过尺寸可调的谐振腔对该连续声波的波形进行进一步调控，从而输出具有近似正弦波形的连续声波信号，实现在时域上可以输出连续的、正负压相等的声波。
附图说明
[0016]附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。
[0017]图1为本专利技术一实施例提供的激光换能系统的结构示意图；
[0018]图2为本专利技术另一实施例提供的激光换能系统的结构示意图；
[0019]图3为本专利技术实施例提供的可调谐振腔的结构示意图；
[0020]图4是本专利技术实施例的可调谐振腔内底部表面产生声波的场景示意图；
[0021]图5为本专利技术实施例提供的单个脉冲激光激发长度可调谐振腔产生的时域脉冲声信号图；
[0022]图6本专利技术一实施例提供的尺寸可调谐振腔产生的时域声信号图；
[0023]图7本专利技术另一实施例提供的尺寸可调谐振腔产生的时域声信号图；
[0024]图8示出本专利技术实施例提供的激光换能发声方法的流程图；
[0025]图9为本专利技术实施例提供的激光换能系统的场景示意图。
[0026]在附图中：
[0027]100
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激光声源系统；10
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激光子系统；20
‑
光路子系统；30
‑
声源子系统；11
‑
脉冲激光器；12
‑
信号发生器；13
‑
功率调节装置；14
‑
频率调节装置；21
‑
扩束组件；22
‑
聚焦组件；31
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谐振腔；32
‑
位置调节装置；33
‑
尺寸调节装置；301
‑
脉冲激光束；302
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光换能系统，其特征在于，包括：依次连接的激光子系统、光路子系统和声源子系统，所述激光子系统包括脉冲激光器，所述声源子系统具有尺寸可调的谐振腔结构；其中，所述激光子系统，用于通过所述脉冲激光器生成并输出脉冲激光信号；所述光路子系统，用于将所述脉冲激光信号聚焦在所述谐振腔内的底部表面；所述声源子系统，用于在所述谐振腔内的底部表面将所述脉冲激光信号转换为脉冲声波信号；所述激光子系统，还用于调节所述脉冲激光器的重复频率至合适频率，以在所述谐振腔内的底部表面将所述脉冲声波信号转换为连续声波信号；所述声源子系统，还用于在所述谐振腔的尺寸被调节至合适尺寸的情况下，输出连续且正负压相等的正弦声波信号。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脉冲激光信号在所述谐振腔内的底部表面形成底部焦点，所述激光子系统还包括：功率调节装置，用于根据来自预定控制设备的功率调节信号，调节所述脉冲激光器的功率，以调节所述脉冲激光器输出的单脉冲激光的能量；所述声源子系统，还用于在所述单脉冲激光的能量使得所述底部焦点处的光能量密度达到预定能量密度阈值的情况下，在所述底部焦点处形成等离子体，以通过所述等离子体的膨胀塌缩，在所述底部焦点处产生脉冲声波信号。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述激光子系统还包括：信号发生器，用于生成并输出正弦波信号；所述脉冲激光器，用于根据接收到的所述正弦波信号产生脉冲激光信号；频率调节装置，用于根据预定控制设备的频率调节信号，通过调节所述信号发生器输出所述正弦波信号的频率，来调节所述脉冲激光器的重复频率至合适频率，使得所述等离子体基于所述合适频率在膨胀塌缩过程中产生谐振，进而在所述底部焦点处形成连续的声波信号。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光路子系统包括依次连接的扩束组件和聚焦组件，所述谐振腔的一端为与所述聚焦组件连通的开口端，另一端为封闭端；其中，所述扩束组件，用于对所述脉冲激光器输出的脉冲激光信号进行扩束；所述聚焦组件，用于将扩束后的脉冲激光信号，经所述谐振腔的开口端传输至所述谐振腔内，并聚焦在所述谐振腔内封闭端的底部表面。5.根据权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述声源子系统还包括：位置调节装置，用于根据来自预定控制设备的位置调节信号，调整所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明军，尤开军，刘雅璐，
申请(专利权)人：重庆融海超声医学工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：